Altitudine: perché è importante

Lavorare con l'elettricità è pericoloso, perciò è fondamentale utilizzare attrezzature di sicurezza come abbigliamento, guanti, stivali, ecc. per proteggere i lavoratori in ambienti elettrici da potenziali incidenti. Tuttavia, un problema di sicurezza meno evidente è la progettazione delle apparecchiature di test utilizzate per la manutenzione dell'impianto elettrico.

La norma IEC 61010 della Commissione elettrotecnica internazionale (IEC) riguarda i requisiti di sicurezza delle apparecchiature elettriche atte alla misurazione, al controllo e all'uso di laboratorio. Include i requisiti per il test e la misurazione dei circuiti e per gli strumenti.

La classificazione della categoria di misurazione (CAT) dello strumento mostra dove lo strumento è stato progettato per essere utilizzato in modo sicuro nel sistema. Più elevata è la classificazione, maggiori sono le distanze di dispersione e di isolamento. Un fattore spesso trascurato è l'altitudine in cui vengono eseguiti i test. I test a livello del mare non sono uguali ai test in montagna. Questo documento fornisce informazioni sulle implicazioni in termini di sicurezza delle altitudini elevate.

Distanza di isolamento

La distanza di isolamento si riferisce al percorso più breve in linea d'aria tra due parti conduttive che forniscono un isolamento sufficiente. È diversa dalla distanza di dispersione, che misura la distanza più breve lungo la superficie del materiale isolante. La distanza di isolamento può essere uguale ma non può mai essere più lunga della distanza di dispersione.

Il mantenimento di una distanza di isolamento adeguata è una parte fondamentale della progettazione sicura delle schede a circuito stampato (PCB). La disposizione dei circuiti stampati e dei componenti deve includere distanze di sicurezza sufficienti per evitare archi ad alta tensione o breakdown tra conduttori e componenti elettronici e per proteggere il dispositivo e l'utente.

La densità e la resistenza di isolamento dell'aria sono abbastanza buone al livello del mare, il che significa che la distanza di isolamento richiesta per specifiche classificazioni CAT è ridotta al minimo. Sfortunatamente, la resistenza di isolamento dell'aria cambia con il variare dell'altitudine.

Legge di Paschen

La legge di Paschen, così chiamata in onore del fisico tedesco Friedrich Paschen, è un'equazione che fornisce la tensione necessaria per avviare un arco elettrico tra due elettrodi in un gas in funzione della pressione del gas e della distanza tra gli elettrodi. Per un dato gas, la tensione è una funzione solo della pressione e della lunghezza dello spazio vuoto. Quando la pressione diminuisce, diminuisce anche la tensione di breakdown di uno spazio vuoto fisso. In queste condizioni, la distanza deve essere aumentata per mantenere una tensione di breakdown fissa. Questa legge pertiene alla progettazione degli strumenti perché l'aria è un gas.

L'impatto dell'altitudine

L'aria viene utilizzata come mezzo di isolamento elettrico nella progettazione di apparecchiature elettriche. La pressione atmosferica può essere definita come il peso totale dell'aria su un'area unitaria a qualsiasi altezza. La densità e la forza dell'aria sono ottime al livello del mare. L'aria tende a rarefarsi ad altitudini superiori e quindi diventa meno isolante. Con l'aumento dell'altezza, la quantità di aria su tale area unitaria diminuisce. La pressione atmosferica diminuisce con l'aumentare dell'altitudine, il che riduce la resistenza dielettrica (isolamento) dell'aria.

A una pressione dell'aria inferiore, vi è un minore isolamento tra i conduttori elettrici, il che comporta una maggiore possibilità di formazione di archi elettrici. La pressione ridotta facilita la disgregazione dell'aria, con conseguente ionizzazione, il che rende facilita la conduzione dell'elettricità.

Il seguente grafico di Engineering ToolBox (www.EngineeringToolBox.com) mostra la variazione della pressione atmosferica all'aumentare dell'altezza:

La distanza di isolamento richiesta per garantire la sicurezza aumenta con l'aumentare dell'altitudine perché le proprietà isolanti dell'aria sono diminuite. La tabella seguente (tratta dalla norma IEC 62368-1, Tabella 22) mostra il fattore di moltiplicazione della distanza di isolamento in base all'altitudine.

L'elevazione del lavoro prevista viene presa in considerazione durante la progettazione (e l'acquisto) di apparecchiature per test elettrici. La norma IEC 61010-1:2001 specifica il funzionamento a una distanza di 2000 metri o inferiore. Uno strumento con una classificazione CAT specifica a 2000 metri o meno potrebbe non soddisfare tale classificazione CAT a 3000 metri o più.

Conclusione

Comprendere dell'ambiente in cui verranno utilizzate le apparecchiature di test è fondamentale per la scelta di strumenti sicuri. L'altitudine o l'elevazione di lavoro non sono diverse. La maggior parte dei territori del mondo si trova al di sotto dei 2000 metri, ma un numero significativo di persone lavora con l'elettricità al di sopra di questa quota. La Paz, in Bolivia, ha un'altitudine media di 3689 metri, la miniera di rame Escondida in Cile (la più grande miniera di rame del mondo) si trova a 3010 metri e la miniera di rame Antamina in Perù è a 4200 metri. Questi sono solo alcuni esempi. La maggior parte delle stazioni sciistiche, per loro natura, è al di sopra dei 2000 metri.

È importante che, in qualità di utilizzatore di apparecchiature di test elettriche, verifichi l'altitudine associata alla classificazione CAT. Tieni presente che la norma è di 2000 metri. Se lo strumento di test verrà utilizzato ad altitudini elevate, è necessario essere consapevoli dell'impatto sulle distanze di isolamento richieste.